[-]

Hozirgi kunda biokimyoviy ishlab chiqarishda qo‘llaniladigan turli xildagi reaktor uskunalarini ko‘rib chiqamiz, bundan biz barcha reaktorlarda fizik jarayonlar (gidrodinamik, issiqlik almashinuv) sodir bo‘lishini ko‘rishimiz mumkin. Bu esa o‘z navbatida biokimyoviy reaktorlar o‘zida kompleks apparatlarni mujassamlashtiradi. Ular texnologik operatsiyalarda ishtirok etadigan va keng qo‘llaniladigan konstruktiv elementlardan tashkil topgan bo‘ladi. Biokimyoviy aylanishlarni o‘tkazish uchun mo‘ljalangan qurilmalar bioreaktorlar deyiladi. Biokimyoviy reaktorlar uchun umumiy prinsiplar mavjud, ular asosida apparat konstruksiyalari va biokimyoviy jarayonlar sodir bo‘lishining asosiy qonun-qoidalari orasidagi bog‘liqlikni topishimiz mumkin. Reaksion apparatlar davriy va uzluksiz jarayonga asoslangan, sterillik, gidrodinamik rejim, issiqlik effekti va biosintez jarayon reaksiyalariga kerak bo‘lgan kislorod miqdori shuningdek, o‘zaro ta’sir etuvchi moddalarning fizik hususiyati (agregat, fazali tuzilishi)ga ega bo‘lgan kriteriyalariga asoslangan holda reaksion apparatlarni sinflashimiz mumkin. 55 Biokimyoviy reaktorlarning sinflanishi Jahon uyushmasi prinsipi bo‘yicha biokimyoviy reaktorlar 3 guruxga bo‘linadi: 1.Davriy ishlaydigan reaktorlar 2. Uzluksiz ishlaydigan reaktorlar 3.Yarim uzluksiz ishlaydigan reaktorlar Davriy ishlaydigan reaktorlarda barcha alohidagi bo‘limlaridagi jarayonlar turli vaqtda sodir bo‘ladi. Unda ta’sir etuvchi moddalar konsentratsiyasi reaksion hajmning barcha nuqtalarida bir xildir. Reaktorda davriy xarakatlanayotgan texnologik jarayonlar parametrlari vaqt bo‘yicha o‘zgarib turadi. Davriy ishlaydigan reaktorlarda ishlab chiqarish samaradorligi past va ularni avtomatik rostlash va nazorat qilish mushkuldir. Uzluksiz ishlaydigan reaktorlarda barcha alohida bo‘limlaridagi jarayonlar moddalarining biokimyoviy o‘zgarishi (ta’sir etuvchi moddalarning uzatilishi, biokimyoviy reaksiyalar, oxirgi mahsulotning chiqishi) bir vaqtda parallel amalga oshadi. Reaksion hajmdagi ta’sir etuvchi moddalarning konsentratsiya o‘zgarishi har bir vaqt momentida apparat hajmidagi turli nuqtalarining har biri uchun doimiydir. Bunday apparatlarda jarayonning texnologik parametrlari vaqt bo‘yicha doimiydir. Lekin uzluksiz ishlaydigan reaktorlardagi reaksiya davomiyligini o‘lchash mumkin emas. Uzluksiz ishlaydigan apparatlarda reaksiya vaqti reagent kelish vaqti bilan mos kelmaydi, chunki moddaning elementar zarrachalari reaksion hajm ichida turli vaqt mobaynida sodir bo‘ladi va zarrachalarning umumiy kelish vaqti alohida-alohida zarrachalarning taqsimlanish vaqti xarakteriga bog‘liq bo‘ladi. Umumiy holda reaksiya vaqti aralashtirish intensivligi, apparatdagi oqimlar strukturasi va har bir gidrodinamik reaktorlar uchun individualdir. Uzluksiz ishlaydigan reaktorlar uchun yuqori tezkor elektron hisoblash mashinalarini qo‘llash mumkin. Yarim uzluksiz (yarim davriy) ishlaydigan reaktorlar joriy qilinmagan sharoitda ishlaydi, chunki reagentlarning biri apparatga uzluksiz boshqasi esa davriy kiradi. Ba’zi hollarda reagent davriy kirib, reaksiya mahsuloti uzluksiz ortiladi. YArim davriy ishlaydigan reaktorlardan reagentning berilish tezligini o‘zgarishi jarayon tezligini boshqarishga imkon bersa shundagina foydalaniladi. Gidrodinamik rejim bo‘yicha (oqimlar strukturasida) reaktorlar uch guruhga bo‘linadi: Ideal (to‘liq) aralashtirish reaktorlarida – reagent oqimi bir zumda va bir tekis butun reaksion hajm bo‘yicha aralashtiradi. Bu shuni anglatadiki, apparatdagi reaksion aralashma tarkibi va harorati butun apparat hajmida bir xil deb hisoblash mumkin. Bunday reaktorlarga suyuqlikni mexanik aralashtiruvchi kichik hajmli apparatlar misol bo‘ladi. Bunda aralashtirgichning aylanish chastotasi 4s-1 dan kam bo‘lmasligi va gomogenizatsiyalash vaqti 8 daqiqadan oshmasligi kerak. Ideal ( to‘liq) siqib chiqarish reaktorlari - bunday apparatlarda reagent harakati porshensimon xarakterga ega. Unda apparatdan o‘tayotgan hajm keyingisi bilan aralashib ketmaydi, chunki ular o‘zaro siqiladi. Bunday apparatda oqim yo‘nalishi bo‘yicha oqim tezligining taqsimlanishi mavjud. Natijada, apparat markazi va uning devorlaridagi reaksion aralashma tarkibi va xarorati xar xil bo‘ladi. Hattokki, apparatga kirayotgan va chiqayotgan harorat ham turlicha. Bunday apparatlarga qobiq trubali, ya’ni kolonnali reaktorlar misol bo‘ladi. Ularning balandlik va diametri 20(N/D ≥ 20) dan kam bo‘lmaydi. Biroq, katta reaksion hajda, qoida bo‘yicha, ideal siqilish rejimi qayta aralashtirish effekti hisobiga o‘zgaradi. Oraliq gidrodinamik rejimda ishlaydigan reaktorlar. Amaliyotda bunday tipdagi apparatlardan keng foydalaniladi. Ko‘pgina hollarda reaksion hajmdagi ideal aralashtirish rejimi yo‘qligi kuzatiladi, masalan, katta hajmdagi apparatlarda aralashtirgichning aylanishlar chastotasining etarli bo‘lmasligi, apparat ichidagi issiqlik almashtirgichlarning uzluksiz ishlaydigan apparatlarga reagentlar kelib tushishining tezligi va xokazo. Bunday hollarda turg‘un zonalar apparatda baypas oqimlar apparat orqali aralashmagan sakrovchi (proskok) oqimlar paydo bo‘ladi. Konstrukturasi bo‘yicha biokimyoviy reaktorlar quyidagi turlarga bo‘linadi: 1. Idish tipidagi reaktorlar 2. Kolonna tipidagi reaktorlar 3. Truba tipidagi reaktorlar 4. Plyonka tipidagi reaktorlar 5. Membrana tipidagi reaktorlar 6. Havo bilan siqilgan qatlamli reaktorlar. Membranali bioreaktor 10-20 membrana kassetalaridan iborat. Kassetada 5-15 bog‘ membranali to‘qimalardan iborat va loyqa aralashmani ajratib olishda ishlatiladi.yarim to‘qimali membrana ipsimon bo‘lib tashqi diametri 2mm va uzunligi 2 m.gacha bo‘ladi. Ipning yuqori qismi ultrafiltratsiyali membranani mujassamlashtiradi. Har bir poralarning o‘lchami 0.03-0.1mkm. Har bir bog‘lam 100-1000 membranali to‘qimalardan iborat bo‘lib, umumiy filtr patrubkaga o‘ralgan. Filtratsiya jarayoni vakuum ostida olib boriladi. Aerob mikroorganizmlarni bioreaktorda chuqur kulturatsiyalash uchun eng avvalo gazli fazadan xujayralarga kislorod massauzatish intensivligini ta’minlash zarur. Bunga albatta aktiv aeratsiyalash va aralashtirish yo‘li bilan erishish mumkin. Apparatlardagi fermentatsion muxitni aeratsiyalash va aralashtirish funksiyalari bir uskunada birlashtirilgan bo‘lsada, har birining roli boshqa-boshqadir. Fermentyorlarda aralashtirishdan maqsad quydagi keltirilgan vazifalarni bajarishdir. -gaz-suyuqlik va suyuqlik xujayra massauzatish intensifikatsiyasi; -termostatlanayotgan muxitga issiqlik uzatish intensifikatsiyasi; -gaz pufakchalari va suyuqlik tomchilarining disperslanishi; -aralashtirilayotgan muxit hajmidagi haroratning tenglashtirilishi; -muxit hajmidagi moddalar konsentratsiyasining tenglashtirilishi. Aeratsiyalash, shu bilan birgalikda fermentatsion muhitni kislorod bilan to‘yintirish uchun zarur. Kulturatsiyalangan suyuqlikda ikkita bir-biriga bog‘liq jarayon sodir bo‘ladi. 1.Gazdan suyuq kislorod absorbsiyasi ; 2. Suyuqlikdagi mikroorganizm hujayralarining kislorodga bo‘lgan talabi. Fermentatsion muhitni aralashtirish. Fermentyorlarda aralashtirish jarayoni massayutish intensifikatsiyasining asosi hisoblanib, unda kislorodning gazli fazadan suyuqlikka o‘zgarishi quyidagi sabablarga tayanadi: - gazning mayda pufakchalarga qo‘shimcha disperglanishini ta’minlaydi, faza kontaktlarining yuqori qismini kengaytiradi; - gaz pufakchalarini suyuq fazaga etib kelish vaqtini va fazalar kontakti vaqtni ta’minlaydi; - xujayralar kolonnasi o‘lchamini qisqartiradi va muhitning effektiv qovushqoqligini pasaytiradi; - statsionar suyuqlik plyonkasi qatlamini kamaytiradi, massauzatishi koeffitsientini ko‘taradi. Jarayonlar fizik mexanizmi bo‘yicha, aralashtirishni tezlashtirishi ko‘ra, ularni 3 guruxga bo‘lish mumkin: 59 1-gurux eruvchan moddalarni yuritish (olib borish, olib yurish) jarayonlari.(tomchi, xujayra, boshqa muallaq zarrachalar, gaz pufakchalari va masofadagi issiqlik.) 2-gurux pufakcha va tomchilarni parchalash (maydalash) va ularni o‘lchami. Apparat o‘lchamiga nisbatan ancha kichik, aralashtirishning oxirgi natijalari – tomchi va pufakchalarning diametri yoki ularning yuqori qismi intensiv mikromashtabli turbulentda aniqlanadi. 3-gurux suyuqlik-gaz, suyuqlik-xujayra va suyuqlik-qattiq yuza qismining bo‘linish chegaralarida issiqlik va massaalmashinish sodir bo‘lishi bilan asoslanadi. Kulturlash jarayonini qoidaga binoan aralashtirish natijasida suyuqlikning xarorati rejimi sodir bo‘ladi, lekin odatda butun apparat xajmida yuqori turbulentlikni xosil qilish mushkul. SHuning uchun suyuqlikni aynan trubulentlik intensiv (jadal) bo‘lgan zonada o‘tkazishga xarakat qilinadi. Aralashtirish effekti trubulentlik darajasi va serkulyasiya intensivligiga bog‘liq. U vaqt bilan belgilab butun suyuqlik ma’lum oqimdan o‘tishini ta’minlaydi. Trubulent pulsatsiyasi mashtabini masofa (l) deb faraz qilsak, aynan shu masofaga turbulent uyurma material nuqtani o‘tkazishi mumkin. Eng tezkor pulsatsiyalar eng katta turbulent mashtabiga ega. Ularda turbulent xarakatning asosiy kinetik energiya qismi mavjud. Bu pulsatsiyalardagi Reynold (Re) sonining lokal axamiyati shundaki, undagi butun oqim butunligicha qoladi.Turbulent rejim uchun: Re=wlρ/µ>10 w-oqimning tezligi l-xarakterli o‘lcham ρ-oqim zichligi µ-muxitning qovushqoqligi Eng tezkor pulsatsiyalar amaliy jixatdan energiya sochmaydi va kinetik energiyani mos energiyasiga o‘tishi juda kam miqdorda bo‘ladi.